Monitoraggio dell'I/O del disco con iostat e dstat

Introduzione

Monitorare l'input-output del disco è uno dei compiti chiave quando si gestiscono server in un'infrastruttura di hosting. Il sottosistema del disco influisce direttamente sulle prestazioni dei servizi web, database, macchine virtuali, container e attività in background. Anche con RAM sufficiente e risorse CPU libere, un disco sovraccarico o lento può diventare il collo di bottiglia dell'intero sistema.

Questo manuale è destinato agli amministratori di sistema, ingegneri DevOps e proprietari di server. Copre le utility iostat e dstat, i principi del loro funzionamento, l'interpretazione delle metriche e un approccio pratico per individuare i colli di bottiglia dell'I/O del disco in un ambiente di hosting.

Informazioni generali e principi operativi

I/O del disco in un'infrastruttura server

L'input-output del disco include operazioni di lettura e scrittura di dati su dispositivi a blocchi. In scenari di hosting reali, il carico sul sottosistema del disco è più spesso generato da:

• database (MySQL, MariaDB, PostgreSQL);
• applicazioni web con contenuti dinamici;
• servizi di posta;
• backup e sincronizzazione dei dati;
• logging;
• swap e file temporanei;
• script utente e cron job.

I colli di bottiglia possono verificarsi a causa di dispositivi di archiviazione lenti, alta contesa tra processi, scheduler I/O non ottimali, funzionamento errato della cache o caratteristiche di virtualizzazione.

Scopo di iostat e dstat

iostat è un'utilità del pacchetto sysstat progettata per raccogliere statistiche dettagliate sul carico della CPU e dei dispositivi disco. Il compito principale di iostat è mostrare quanto intensamente viene utilizzato un disco specifico, se c'è una coda di richieste e qual è il tempo medio di attesa per le operazioni.

dstat è uno strumento di monitoraggio versatile che visualizza statistiche in tempo reale su diversi sottosistemi contemporaneamente: CPU, memoria, disco, rete, processi. Permette di correlare l'attività del disco con il carico complessivo del server ed è comodo per diagnosi rapide.

Queste utility si completano a vicenda: iostat fornisce un quadro accurato a livello di dispositivo, mentre dstat fornisce il contesto dell'intero sistema.

Prerequisiti e requisiti

Prima di iniziare l'analisi, devono essere soddisfatte le seguenti condizioni:

• Sistema operativo Linux (Debian, Ubuntu, AlmaLinux, Rocky Linux, CentOS).
• Accesso SSH al server.
• Privilegi di root o la possibilità di eseguire comandi tramite sudo.

Verifica della versione del sistema operativo:

cat /etc/os-release

Installazione dei pacchetti necessari.

Debian / Ubuntu:

sudo apt update

sudo apt install sysstat dstat

CentOS / RHEL / AlmaLinux / Rocky Linux:

sudo yum install sysstat dstat

sudo dnf install sysstat dstat

Verifica del funzionamento di sysstat:

systemctl status sysstat

Se il servizio è attivo, verranno visualizzate le informazioni pertinenti:

root@server:~# systemctl status sysstat
● sysstat.service - Resets System Activity Logs
     Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/sysstat.service; enabled; preset: enabled)
     Active: active (exited) since Tue 2025-12-23 10:35:35 UTC; 16min ago
       Docs: man:sa1(8)
             man:sadc(8)
             man:sar(1)
   Main PID: 731 (code=exited, status=0/SUCCESS)
        CPU: 7ms

Revisione e analisi passo-passo

Analisi di base del disco usando iostat

L'utilità iostat viene utilizzata per valutare il carico della CPU e del sottosistema del disco, nonché per identificare ritardi e code I/O.

Sintassi:

sudo iostat [options] [interval] [count]

Parametri più comunemente usati:

• -x — statistiche estese;
• -d — dati solo del disco;
• -k — output in kilobyte;
• -p — statistiche per partizioni o un dispositivo specifico.

Esempio di base:

sudo iostat -x

Analisi dinamica:

sudo iostat -xk 5 3

L'intervallo e il numero di campioni consentono di monitorare i cambiamenti di carico nel tempo, piuttosto che lo stato medio dall'avvio del sistema.

Esempio di output di iostat:

Metriche chiave della CPU:

• %iowait — la percentuale di tempo in cui la CPU è inattiva in attesa di operazioni I/O. Un aumento di questa metrica indica l'impatto del disco sulle prestazioni complessive.
• %steal — rilevante per i server virtuali e mostra il tempo CPU rubato.

Metriche chiave del disco:

• %util — la percentuale di tempo in cui il disco è stato occupato. Valori costantemente superiori all'80–90% indicano saturazione del dispositivo.
• r_await — il tempo medio (ms) per completare le operazioni di lettura (incluso il tempo di coda).
• w_await — il tempo medio (ms) per completare le operazioni di scrittura (incluso il tempo di coda).
• aqu-sz — (dimensione media della coda) la lunghezza media della coda di richieste per il disco. Un valore > 1 indica già la formazione di una coda. Un valore > 2–4 per HDD / > 1–2 per SSD è un segno che il disco non sta tenendo il passo con il carico.

La differenza tra await e svctm mostra se il ritardo è causato dalla coda, piuttosto che dalla velocità fisica del disco.
Se await supera solo leggermente svctm (differenza < 20–30%), i ritardi sono principalmente causati dal disco stesso (lettura/scrittura fisica lenta).
Se await è significativamente maggiore di svctm (differenza > 50–100%), il ritardo principale è causato dalla coda di richieste (aqu-sz sarà alto), indicando un sovraccarico del disco da molte richieste parallele.

Nelle versioni moderne di iostat (come nell'esempio), svctm non viene visualizzato perché il suo calcolo è inaffidabile. Per l'analisi, si utilizza la combinazione di await + aqu-sz: un alto await con un basso aqu-sz (~0) indica un disco lento; un alto await con un alto aqu-sz (>1) indica che il disco è sovraccarico di richieste.

Analisi del quadro generale con dstat

dstat viene utilizzato per l'osservazione del sistema in tempo reale e per correlare il carico del disco con altre risorse.

Esempi di comando:

dstat -d

dstat --disk-util

dstat -rd --disk-util

dstat -D vda,sda

Esempio di esecuzione con un intervallo:

dstat -rd --disk-util 1 5

Durante l'analisi, prestare attenzione a:

• aumento di iowait nella CPU;
• picchi di lettura o scrittura;
• attività simultanea di rete e disco (backup, sincronizzazione).

Esempio di output di dstat:

dstat -rd --disk-util 1 5
--io/total- -dsk/total- vda-
 read  write| read  write|util
   0  4.00  |   0     76k|0.50
   0  29.5  |   0    240k|0.20
   0  1.00  |   0   4096B|   0
   0     0  |   0      0 |   0
   0  1.00  |   0     32k|   0

Confronto tra dstat e iostat:

Criteri	iostat	dstat
Accuratezza dei dati	Alta	Alta
Modalità in tempo reale	Limitata	Eccellente
Dati storici	Sì (sar)	No
Output colorato	No	Sì
Estensibilità	No	Plugin
Esportazione CSV	No	Sì
Carico CPU	Basso	Medio

dstat è particolarmente utile per picchi di carico a breve termine che non sono sempre visibili in iostat.

Identificazione dei colli di bottiglia dell'I/O del disco

I seguenti comandi vengono utilizzati per una diagnosi rapida:

sudo iostat -mx 2

sudo iostat -p /dev/vda 2 5

sar -d 1 5

Segni tipici di un problema:

• %util sopra l'80% per un periodo prolungato;
• await sopra i 20–30 ms per SSD o sopra i 50–100 ms per HDD;
• aqu-sz maggiore di 2–3, indicando la formazione di una coda.

• /dev/sdX (es. /dev/sda) — dischi SATA/SAS/USB regolari
• /dev/nvmeXnY (es. /dev/nvme0n1) — unità NVMe
• /dev/vdX — dischi virtuali

Identificazione dei processi che causano un alto carico I/O del disco

Dopo aver stabilito la presenza di un sovraccarico del sottosistema del disco utilizzando iostat e dstat, il passo successivo è identificare i processi specifici che avviano operazioni di lettura o scrittura intensive. L'analisi a livello di dispositivo senza identificare la fonte del carico non consente di intraprendere azioni correttive corrette.

Utilizzo di iotop

Lo strumento principale per trovare i processi che stanno utilizzando attivamente il disco è l'utilità iotop.

sudo iotop -ao

Parametri del comando:

• -a — visualizza statistiche cumulative dall'avvio del processo, il che aiuta a identificare attività in background con I/O a lungo termine;
• -o — mostra solo quei processi che stanno attualmente eseguendo operazioni I/O.

Esempio di output:

TID     PRIO  USER   DISK READ   DISK WRITE  SWAPIN  IO>      COMMAND
11056   be/4  mysql  0.00 B      3.44 M      0.00 %  0.76 %   mysqld
2580    be/4  rsync  0.00 B      23.48 M     0.00 %  1.17 %   rsync

Nell'output di iotop, particolare attenzione dovrebbe essere prestata ai campi DISK READ, DISK WRITE e alla percentuale di tempo I/O. Tipicamente, le fonti di carico sono processi di database, processi di backup, processi di sincronizzazione file o script utente.

Utilizzo di pidstat per l'analisi I/O per processo

Per un'analisi più formalizzata e ripetibile, può essere utilizzato pidstat, che fa parte del pacchetto sysstat.

pidstat -d 1

Questo comando fornisce statistiche I/O del disco per ciascun processo a intervalli di un secondo. Questo è conveniente per identificare picchi di attività a breve termine e correlare con altre metriche di sistema.

pidstat è particolarmente utile in situazioni in cui il carico appare periodicamente e potrebbe non essere sempre catturato da iotop.

Utilizzo di lsof per l'analisi dell'attività dei file

Nei casi in cui è necessario capire con quali file o directory specifici un processo sta lavorando, viene utilizzata l'utilità lsof.

lsof +D /path

Dove /path è una directory specifica all'interno della quale è necessario identificare file e processi attivi. Ad esempio, potrebbe essere una directory di database, una directory di backup o un'area di file temporanei.

Il comando consente di determinare quali processi stanno attualmente tenendo descrittori di file ed eseguendo operazioni all'interno del percorso specificato, il che è particolarmente utile quando si analizza il carico da applicazioni.

Analisi del contesto del carico

Identificare un processo con alta attività del disco non è l'obiettivo finale. L'amministratore deve valutare il contesto del suo funzionamento:

• il carico è previsto per questo servizio;
• il processo è in esecuzione in un momento appropriato (es. backup durante le ore di punta);
• è possibile modificare il programma o i parametri operativi;
• è consentito ridurre la priorità I/O.

Questo approccio consente di distinguere il carico normale da quello problematico e di scegliere il metodo di ottimizzazione corretto.

Verifica della correttezza dell'analisi

La correttezza dell'analisi eseguita è confermata se:

• i picchi in %util, await o aqu-sz in iostat coincidono nel tempo con l'attività del processo in iotop o pidstat;
• un aumento di iowait in dstat coincide con le operazioni del disco, e non con il carico della CPU;
• misurazioni ripetute mostrano un modello di carico riproducibile.

Per l'accumulo di dati e l'analisi successiva, si consiglia di utilizzare il logging:

sar -d 1 100 > io.log

Questo consente di registrare il comportamento del sottosistema del disco su un periodo specificato e utilizzare i dati durante l'indagine sugli incidenti.

Errori tipici e caratteristiche operative

Nella pratica di gestione dei server di hosting, i seguenti problemi sono più comuni:

• esecuzione di backup e sincronizzazione dei dati durante le ore di punta;
• uso intensivo dello swap quando la RAM è insufficiente;
• uno scheduler I/O non adatto al tipo di unità;
• mancanza di priorità per le attività in background.

Per ridurre l'impatto dei processi in background sulle prestazioni, si consiglia di utilizzare l'utilità ionice per gestire la priorità I/O di un processo, che consente di ridurre l'impatto delle attività in background sulla reattività del sistema.

Esempio di utilizzo:

ionice -c3 rsync /source /destination

Priorità chiave:

• -c1 (realtime) — la priorità più alta. Utilizzato per attività critiche per la latenza. Può bloccare completamente altri processi.
• -c2 (best-effort) — il default per la maggior parte dei processi. Consente la regolazione del livello di priorità (da 0 (alto) a 7 (basso)).
• -c3 (idle) — background. Il processo otterrà accesso al disco solo quando nessun altro processo lo sta utilizzando. Sicuro e raccomandato per operazioni in background (backup, sincronizzazione dati).

In questo esempio, il processo rsync viene eseguito con la priorità I/O più bassa, minimizzando il suo impatto sulle operazioni principali del sistema. L'uso di ionice consente di minimizzare l'impatto dei processi in background senza doverli disabilitare completamente.

Conclusione

Monitorare l'I/O del disco è parte integrante del mantenimento delle prestazioni e della stabilità di un'infrastruttura server. Le utility iostat e dstat consentono di identificare situazioni di sovraccarico e valutare lo stato del sottosistema del disco, mentre strumenti come iotop, pidstat e lsof aiutano a identificare processi specifici e la natura del loro carico.

L'applicazione regolare dell'approccio descritto, l'interpretazione corretta delle metriche e la gestione delle priorità I/O aiutano a ridurre i tempi di risposta del servizio, aumentare la prevedibilità del carico e garantire il rispetto dei requisiti SLA. Successivamente, questa metodologia può essere ampliata attraverso il monitoraggio centralizzato e l'automazione dell'analisi del carico I/O.